風洞自由飛多路數據采集與傳輸系統設計
電子技術應用
趙梓懿，伍春，明宏柯
（西南科技大學，四川 綿陽 621000）
摘要： 傳統風洞自由飛實驗通過縮比模型來研究氣動參數，隨著采集器種類與數量的增加，機載設備結構設計與數據傳輸控制難度日趨增大。針對這一現狀，設計一套基于FPGA邏輯控制與時序驅動的多路數據采集與傳輸系統。系統采用機載端、地面端、上位機端三端結構，分工明確。機載端采用小型化雙層結構化設計來采集舵機角度信號、風向標志信號、IMU慣性測量單元信號、航空姿態信號，地面端負責數據的整合與分發，上位機端進行數據監視與系統控制。經過測試，該系統采集精度達±0.07%FS，數據傳輸時延低于2.42 ms，符合預期目標。
中圖分類號：V211.74+9；TH6
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223347
中文引用格式： 趙梓懿，伍春，明宏柯. 風洞自由飛多路數據采集與傳輸系統設計[J]. 電子技術應用，2023，49(6)：104-108.
英文引用格式： Zhao Ziyi，Wu Chun，Ming Hongke. Design of aircraft multiplexed data acquisition and transmission system in the wind tunnel[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(6)：104-108.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223347
中文引用格式： 趙梓懿，伍春，明宏柯. 風洞自由飛多路數據采集與傳輸系統設計[J]. 電子技術應用，2023，49(6)：104-108.
英文引用格式： Zhao Ziyi，Wu Chun，Ming Hongke. Design of aircraft multiplexed data acquisition and transmission system in the wind tunnel[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(6)：104-108.
Design of aircraft multiplexed data acquisition and transmission system in the wind tunnel
Zhao Ziyi，Wu Chun，Ming Hongke
(Southwest University of Science and Technology， Mianyang 621000， China)
Abstract： Traditional experiments of free-flight in the wind tunnel use scale models to study aerodynamic parameters, with the increase in the type and number of collectors, the design of airborne equipment structure and control of data transmission are becoming more and more difficult. Aiming at this current status, a multi-channel data acquisition and transmission system based on FPGA logic control and timing drive is designed. The system adopts the three-terminal structure of airborne terminal, ground terminal and upper machine terminal, and the division of labor is clear. The airborne terminal adopts a miniaturized two-layer structured design to acquire the angle signal, wind direction sign signal, Inertial Measurement Unit (IMU) signal, aviation attitude signal, the ground terminal is responsible for the integration and distribution of data, and the upper computer terminal performs data monitoring and system control. After testing, the acquisition resolution of the system is ±0.07%FS(Full Scale) and a data transmission cycle is less than 2.42 ms, which is in line with the expected target.
Key words : free-flight；data acquisition；miniaturization；FPGA
0 引言
風洞自由飛實驗的本質是在風洞環境下模擬真實飛行器的飛行，利用風洞流場穩定、試驗系統安全可靠等特點，獲取高質量實驗數據。當前，自由飛數據采集常采用商業級產品，例如：曾星等人采用MXl601B-R數據采集設備結合以太網通信應用于風洞試驗測控環境中；倪育德等人基于X ?Plane飛行軟件與Python開發設計一套自由飛數據采集系統，著重對飛行偏移數據進行采集。商業級采集器雖較為成熟，但較難從體積布局、信號傳輸控制諸多方面實現多種類自由飛信號的采集與傳輸。
本文研究設計一套適合監測與控制自由飛運動的多路數據采集與實時傳輸系統。電路結構設計與芯片選型滿足小型化需求。控制器對實時性和同步性要求較高，因而選擇FPGA作為主控制器。舵機角度與風向標志數據采集選用18位逐次逼近型A/D芯片LTC2358ILX。各端間以太網通信采用嵌入式W5500芯片，通過高速標準4線SPI接口與各端進行通信。
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作者信息：
趙梓懿，伍春，明宏柯
（西南科技大學，四川 綿陽 621000）
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